第41卷第3期應用化工Vol.41 No. 32012年3月Applied Chemical IndustryMar. 2012用熱分析技術研究煤的熱解特性解鳳霞,張欣欣,張丹(西安工程大學環(huán)境與化學工程學院陜西西安710048)摘要:用熱分析技術研究了自洗蒙古煤和烏煤在氮氣中的熱解特性,探討了升溫速率和煤樣粒徑對熱解過程的影響，根據(jù)煤熱解產(chǎn)物釋放特性指數(shù)r的大小來確定兩種煤的熱解性能。結果表明:同-升溫速率下，自洗蒙古煤的熱解特性要好于烏煤;同一種煤,升溫速率越高,r值越大,熱解特性越好。應用不同升溫速率下的熱解曲線計算出兩種煤熱解過程的動力學參數(shù)。用等轉(zhuǎn)化率法求得熱解過程的活化能;用主曲線法確定失重過程的最可幾機理函數(shù)。關鍵詞:煤;熱解特性;熱分析法;動力學中圖分類號:TQ 531文獻標識碼:A文章編號:1671 - 3206(2012)03 -0430 -05Study on the pyrolysis characteristics of coal using thermalanalysis techniqueXIE Feng-xia , ZHANG Xin-xin , ZHANG Dan(College of Environment and Chemical Engineeing, Xi' an Polytechnic University ,Xi' an 710048 , China)Abstract :The pyrolysis characteristics of Zixi Mongolia coal and Wu coal were investigated using thethermogravimetry (TC) technique in N2 atmosphere. The influence of pyrolysis with different heating rateand different particle size was discussed. According to the release property index (r) of pyrolysis productsof two kinds of coal , the coal pyrolysis property was determined. Results showed that pyrolysis characteris-tics of Zixi Mongolia coal was better than that of Wu coal with the same heating rate. For the same coal,the higher the heating rate was ，the better the pyrolysis characteristics of the coal was. Pyrolysis kineticparameters of two kinds of coal were obtained based on the pyrolysis curves. The iterative iso-conversionalmethods was applied to calculate the activation energy E。and the most probable mechanism functionG(a) was determined by means of the master plots method.Key words:coal; pyrolysis characteristics ; thermal analysis ; kinetic煤熱解是指煤在惰性環(huán)境中受熱脫去揮發(fā)分。論。由于煤的熱解過程復雜,并且熱解過程對煤的氣化、本文用熱分析技術探討了升溫速率和粒徑對自液化和焦化有著重大的影響"，因此深人研究煤的洗蒙古煤和烏煤的熱分解的影響。應用熱解產(chǎn)物釋熱解過程對完善煤的燃燒技術具有重要的意義。本放特性指數(shù)r來確定煤的熱解特性,r值越大煤的熱文運用熱分析技術之一熱重 技術,即在程序控溫下，解特性越好9。根據(jù)非等溫動力學模型,得出兩種通過測量兩種煤的質(zhì)量隨溫度的變化關系來研究煤煤熱解過程的動力學參數(shù):用轉(zhuǎn)化率法計算活化能,的熱解情況。目前以煤熱解為基礎的熱、電、氣多聯(lián)產(chǎn)技術的主曲線法確定最可幾機理函數(shù),最后根據(jù)活化能和研究和開發(fā)已受到世界上許多國家的重視，國內(nèi)外機理函數(shù)確定速率方程中的指前因子。該方法用于學者對煤熱解過程的研究取得-定的成就,煤的熱研究煤的熱解機理未見文獻報道。這些基本數(shù)據(jù)對加工是煤炭加工技術中最重要的工藝,故研究煤的于把握煤的熱解特征和規(guī)律具有一定意義。熱解具有一-定的現(xiàn)實意義2,但由于煤本身的多1實驗部分樣性、復雜性及不均一性,煤熱解的影響因素繁多，1.1原料與儀器熱解產(chǎn)物的生成交叉重疊(3),迄今沒有形成統(tǒng)-理烏煤和自洗蒙古煤由包頭鋼鐵集團有限公司提收稿日期:2011-12-23修改稿日期:2012-02-05基金項目:西安工程大學校博士基金資助項目( BS0902)作者簡介:解鳳霞(1973 -),女,山西芮城人,西安工程大學副教授,主要從事應用化學方面的研究。電話:029 -82330173 ,E - mail:xiefengxia2010@ 126. com第3期解鳳霞等:用熱分析技術研究煤的熱解特性431供,使用前經(jīng)電熱鼓風干燥箱在90 C恒溫下烘干至析出以CO2為主的氣體物質(zhì);第二階段在380 C ~沒有水份,冷卻到室溫取出后,用分樣篩分別篩選出520 C,此過程TG曲線急速下滑，DTA曲線約粒徑為0.2~0.3 mm,0. 15~0.2 mm,0. 15 mm以下460 C出現(xiàn)峰值,可燃的烴類氣體釋放完畢,TA曲三種不同粒徑的樣品。線緩慢下降;第三階段是520 C以后,DTA曲線進TGA/SDTA851e型熱重同步熱分析儀。人平緩區(qū)，此過程主要是半焦縮聚成焦炭,釋放出1.2實驗方法H2和CO為主的氣體。熱分析實驗使用開口的70 μL AL2O,坩堝盛放DTG0.000 0樣品,樣品質(zhì)量大約為4 mg, 分別采用升溫速率β為5,10,15,20 C/min線性升溫,以高純氮氣為載-0.0006氣,流速為20mL/min。熱分析儀的溫度采用標準金屬In和Al進行標定。數(shù)據(jù)處理均用origin8. 0處理。-0.001 22結果與討論300506002.1 兩種煤的熱解過程分析溫度/C圖1和圖2分別為不同升溫速率下粒徑為0. 2TG~0.3 mm的烏煤和自洗蒙古煤的熱分解(TG和100DTG)曲線。是子900.0000.。15C/min三-0.0006d.20 C/min70400500圖2自洗蒙古煤在不同升溫速率下的熱重曲線Fig.2 TG and DTG curves of Zixi Mongolia coal atdifferent heating rates表1兩種煤失重過程的溫 度范圍00 tTable 1- The mass-loss temperature range of two kindsof coal。90樣品升溫速率起始溫度 終 止溫度峰值溫度/( C min -1)/CC/980a.5 C/min烏煤393.62489.12442. 06b.10 C/minc.15 C/min400. 73503.33458.09413.20509. 36007002(414.27517. 86479.82自洗395. 51520.90441.22圖1 烏煤在不同升溫速率下的熱重曲線蒙古10409. 8520.28444.96Fig.1 TG and DTG curves of Wu coal at differentheating rates煤400.28512. 48468.71由圖1、圖2可知，在不同的升溫速率下,每種2396.7519. 46483. 88煤的熱解過程基本--致,整個熱解過程--步完成。由表1可知,升溫速率對兩種煤的熱分解過程TG曲線和DTA曲線數(shù)據(jù)(表1)表明:熱解的外推有影響,升溫速率增加,烏煤的熱解產(chǎn)物揮發(fā)分的初起始溫度和峰值溫度隨著升溫速率的升高而向高溫始溫度增加，熱解速率的峰值增加，且向高溫去移移動，在實驗條件下,熱解的溫度范圍為350 ~動;自洗蒙古煤的熱解初始溫度和揮發(fā)分釋放完畢550 C。其熱解過程可分為三個階段，第一階段在時的溫度隨著升溫速率的增加未呈現(xiàn)規(guī)律性,其熱200 ~ 380 C/ min(熱解的初始階段)，此過程只發(fā)生解速率的峰值卻隨升溫速率的增加而增加,且向高微量失重，煤中弱鍵首先發(fā)生解聚,生成小分子鏈,溫去移動。432應用化工第41卷在研究混煤的熱解特性過程中，經(jīng)過大量的實-最大釋放速度所對應的溫度,C;驗研究,發(fā)現(xiàn)煤熱解產(chǎn)物釋放特性指數(shù)r能很好的△Tn一稱半峰寬 ,即釋放速率為最大釋放反應煤的熱解特性,r值越大,煤的熱解特性越好。速率一半時對應的溫度區(qū)間,C;γ= (da/dr)x/(Tm OTi2T,)T,一初釋溫度[9],C。其中(du/dr)ax-- 最大熱解 速度, mg/ min;兩種煤的熱解特性參數(shù)見表2。表2不同升溫速率下兩種煤的熱解特性參數(shù)Table 2 Pyrolysis characteristic parameters of two kinds of coal at different heating rates升溫速率最大熱解速度最大釋放速度對應的釋放特性指數(shù)樣品初釋溫度/C半峰寬/C/(心min~I)/(mg. min“)溫度/CX 108烏煤393.620. 305441.22812. 16810，400.730.248444. 96341.656413. 200.218468.711.25120 .414.270.174483. 88240.700自洗395. 510.307442. 06702. 508蒙古409.820.257458. 091.900400.280.223466. 94771.5492(396. 710. 176479.82210.764由表2可知，升溫速率越低,r值越大，熱解產(chǎn)0.0000DTG物釋放劇烈;烏煤的半峰寬較大，同- -升溫速率下兩種煤的r值相比較,自洗蒙古煤的熱解特性好于烏煤。2.2煤的粒徑 對熱解過程的影響多-000實驗篩選出粒徑分別為0.2 ~0.3 mm,0. 15 ~0.2 mm, <0. 15 mm三種不同粒徑的煤樣,以升溫.-0.0008速率為20 C/ min為例探討了粒徑對烏煤和自洗蒙古煤熱分解的影響。圖3和圖4給出了三種不同粒300450600750徑的兩種煤TG和DTC曲線。溫度C00 tTG95言-0.0004i 900.20< a≤0.30 mm85 0.15